Bölüm 6 DSB-SC ve SSB Demodülatörleri

Bölüm 6 DSB-SC ve SSB Demodülatörleri
6.1 AMAÇ
1. Çarpım detektörü kullanarak DSB-SC ve SSB işaretlerinin
demodülasyonu.
2. Haberleşme almaçlarında çarpım detektörünün nasıl kullanıldığının
öğrenilmesi.
6.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ
Fig. 6-1, MC1496’nın iç yapısını göstermektedir. Q5 ve Q6 fark
kuvvetlendiricisi, Q1Q2 ve Q3Q4 fark kuvvetlendiricilerini sürmek için
kullanılırlar. Q7 ve Q8 sabit akım kaynağı, Q5 ve Q6 fark kuvvetlendiricisine
sabit akım sağlar. MC1496’nın toplam kazancı 2. ve 3. pinler arasına
dışarıdan yerleştirilen bir direnç ile ayarlanabilir. DSB-SC yada SSB
demodülasyonu için, DSB-SC yada SSB işareti 1. ve 4. pinlere
uygulanmalıdır. Taşıyıcı işaret
de 8. ve 10. pinlere uygulanır. 5. pine
sağlanan besleme akımı, bu pin ile güç kaynağı arasına bağlanan bir seri
direnç ile sağlanır. Detektör iki çıkışa(6. ve 12. pinler) sahip olduğundan
dolayı, çıkışlardan bir tanesi detektör çıkışı olarak diğeri de otomatik kazanç
kontrolü(AGC) için kullanılır.
(12)
Q1
Q2
Q3
Q4
(6)
Output
+
(10)
Carrier input
+
DSB or
SSB input
Bias
adjust
+
(8)
(4)
Q6
(2)
(1)
(5)
(14)
-V
Q5
Gain
adjust
Q7
Q8
D1
R1
500
R2
500
Fig. 6-1 LM1496 iç devresi
6-1
R3
500
(3)
Fig. 6-2, DSB-SC yada SSB demodülasyonu için MC1496 kullanılarak
gerçekleştirilen çarpım detektör devresini göstermektedir. Bazı uygun
modifikasyonlar ile bu devre AM, FM, yada PWM demodülatörü olarak da
kullanılabilir. Lokal taşıyıcı girişlere(10. ve 8. pinlere) uygulanır. Taşıyıcının
frekansı tam olarak DSB-SC yada SSB taşıyıcı frekansına eşit olmalıdır.
Modüle edilen işaretin genliği tipik olarak 500mVpp ile 800mVpp aralığında
olduğundan dolayı, bu, detektörün lineer bölgede çalıştığından emin olmak
için yeterlidir. 2. ve 3. pinler arasına bağlı olan R5 direnci MC1496’nın
gerilim kazancını belirler.
R2
C1
0.1u
R1
R 4 2K
C4
1K
R3
VR1
270
3
8 2
100K
Carrier
input
R5
0.1u
1K
C2
1K
0.1u
C3
0.1u
VR2
100K
C5
0.1u
R7
R8
2K
2K
6
10
1
DSB or
SSB input
+12V
C8
R6
LM1496
10K
12
14
4
5
C6
2.2u
C7
1000P
R9
C10
1K
0.1u
Demodulated
signal output
C9 1000P
0.1u
Fig. 6-2 DSB-SC ve SSB işaretleri için çarpım detektörü.
Laboratuardaki işaret üreteçleri deneyde ihtiyaç duyduğumuz DSB-SC ve
SSB işaretlerini üretemediklerinden dolayı, 6-1 ve 6-2 deneylerimiz için Fig.
5-1’deki DSB-SC modülatör çıkışı ve Fig. 5-3’deki SSB modülatör çıkışını
kullanacağız. 5. bölümde belirtildiği gibi, SSB modüleli işaret DSB-SC
modüleli işaretten alt yan band yada üst yan bandlardan birinin filtrelenmesi
ile elde edilir. Eğer filtre doğrudan eklenirse, yük direnci(load) etkisi
oluşabilir. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için, Fig. 5-1 devresindeki kaynak
çıkışlı yapının(source follower-buffer), filtre çıkışı ile çarpım detektörü girişi
arasına bağlanması önerilir. LM1496’nın girişine(1. ve 4. pinler) bağlanan
SSB modüleli işareti düşünelim. SSB modüleli işareti aşağıdaki gibi ifade
edebiliriz;
xssb (t ) =
kAm Ac
cos( wc + wm )t
2
8. ve 10. pinler arasındaki giriş işareti de şu şekildedir;
6-2
xc (t ) = Ac cos wct
Bu nedenle de LM1496’nın 12. pinindeki çıkış işareti şu şekilde olacaktır;
xo (t ) = kxssb (t ) × xc (t )
k 2 Am Ac2
=
cos( wc + wm )t × cos wc t
2
k 2 Am Ac2
[cos(2wc + wm )t + cos wmt ]
=
4
Çıkış işareti C7, C9 ve R9 elemanlarından oluşan
alçak geçiren filtreden
geçtiği zaman, yüksek frekans bileşenleri süzülecek ve demodüle edilmiş
çıkış işareti şu şekilde olacaktır;
k 2 Am Ac2
xo (t ) =
cos wm t
4
Yukarıdaki denklemden, LM1496’nın SSB modüleli işaretten (kAc ) 2 / 4
kadarlık bir kazanç farkı ile Am cos wm t ses işaretini demodüle edebildiği
görülmektedir. Demodülatörün kazancını değiştirmek için, taşıyıcı genliğini
yada R5 direncini (k değeri) değiştirebiliriz. DSB-SC modüleli işaretin
LM1496’nın giriş terminallerine(1. ve 4. pinler) uygulandığını düşünelim.
Böyle bir işaret şu şekilde ifade edilebilir;
xDSB − SC (t ) =
kAm Ac
[cos(wc + wm )t + cos(wc − wm )t ]
2
Taşıyıcı giriş işareti(8. ve 10. pinler) de şu şekilde ifade edilebilir;
xc (t ) = Ac cos wct
Böylelikle, LM1496’nın 12. pinindeki çıkış işareti şu şekilde olacaktır;
xo (t ) = kx DSB − SC (t ) × xc (t )
k 2 Am Ac2
[cos(wc + wm )t + cos(wc − wm )t ]× cos wct
=
2
k 2 Am Ac2
[cos(2wc + wm )t + cos(2wc − wm )t + 2 cos wm t ]
=
4
Yüksek frekanslar, yukarıdaki denklemin sağ tarafındaki birinci ve ikinci
terimler alçak geçiren filtre(C7, C9 ve R9) ile süzülür. Demodüle edilen çıkış
işareti daha sonra şu şekilde olur;
k 2 Am Ac2
xo (t ) =
cos wmt
2
6-3
6.3 GEREKLİ EKİPMANLAR
1. KL-92001 Modülü
2. KL-93003 Modülü
3. Osiloskop
4. RF üreteci
6.4 DENEYLER VE KAYITLAR
Deney 6-1 DSB-SC Çarpım Detektörü
□ 1. Bu deneyde, çarpım detektör devresinin DSB-SC girişi olarak, 5-1
deneyindeki
DSB-SC
modülatör
devresinin
DSB-SC
çıkışı
kullanılmaktadır. Öncelikle, DSB-SC devresini tamamlayın.
□ 2. DSB-SC modülatörünün taşıyıcı girişine 500mVp-p, 500kHz’lik sinüs
işaret, ses girişine de 500mVp-p, 1kHz’lik sinüs işaret bağlayın.
(Taşıyıcı ve ses işaretleri devrelere bağlanmadan önce tek tek
ayarlanmalıdır. Eğer devreye bağlandıktan sonra, test esnasında
ayarlamaya
kalkarsanız
yüklemeden
kaynaklanan
problemlerle
karşılaşırsınız.)
□ 3. Çıkışta
DSB-SC
modüleli
işaret
elde
etmek
için
DSB-SC
modülatörünün VR1 reostasını ayarlayın.
□ 4. DSB-SC ve SSB çarpım detektör devresini KL-93003 modülü üzerine
yerleştirin. R5=270Ω ve R6=10kΩ olarak ayarlamak için bağlantı
konnektörlerini J1 ve J3’e bağlayın.
□ 5. Çarpım detektörünün taşıyıcı girişine 2. adımda kullanılan taşıyıcı
işareti bağlayın. DSB-SC modülatörünün modülasyon çıkışını çarpım
detektörünün DSB-SC girişine bağlayın.
□ 6. Osiloskop kullanarak çıkış işaretini gözlemleyin ve
minimum
distorsiyon elde etmek için çarpım detektörünün VR1 değerini
ayarlayın. Sonuçları Tablo 6-1’e kaydedin.
□ 7. Taşıyıcı işaretini 500mVp-p, 500kHz sinüs işareti ve ses işaretini de
500mVp-p, 3kHz sinüs işareti olarak değiştirin. Çıkışta DSB-SC
modüleli işaret elde etmek için VR1’i dikkatlice ayarlayın.
□ 8. 6. adımı tekrarlayın. Sonuçları Tablo 6-2’ye kaydedin.
6-4
□ 9. R5=270Ω ve R10=330Ω olarak ayarlamak için J1’den bağlantı
konnektörünü sökün ve J2’ye bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve
sonuçları Tablo 6-3’e kaydedin.
□ 10. R6=10kΩ ve R11=30kΩ olarak ayarlamak için J3’den bağlantı
konnektörünü sökün ve J4’e bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve
sonuçları Tablo 6-4’e kaydedin.
Deney 6-2 SSB Çarpım Detektörü
□ 1. Bu deneyde, çarpım detektör devresinin SSB girişi olarak, 5-2
deneyindeki SSB modülatör devresinin SSB çıkışı kullanılmaktadır.
Öncelikle, SSB devresini tamamlayın.
□ 2. Seramik filtreyi bypass etmek için J2’ye bağlantı portu ekleyin.
Taşıyıcı girişine(I/P1) 500mVp-p, 457kHz’lik sinüs işaret, ses girişine
de(I/P2) 500mVp-p, 2kHz’lik sinüs işaret bağlayın. (Taşıyıcı ve ses
işaretleri devrelere bağlanmadan önce tek tek ayarlanmalıdır. Eğer
devreye bağlandıktan sonra, test esnasında ayarlamaya kalkarsanız
yüklemeden kaynaklanan problemlerle karşılaşırsınız.)
□ 3. Çıkışta(O/P) DSB-SC modüleli işaret elde etmek için VR1 reostasını
ayarlayın. J2’den bağlantı konnektörünü kaldırın ve seramik filtreyi
devreye sokmak için J1’e bağlayın. Çıkış işareti SSB modüleli işaret
olacaktır.
□ 4. R5=270Ω ve R6=10kΩ olarak ayarlamak için çarpım detektörünün
bağlantı konnektörlerini J1 ve J2’ye bağlayın.
□ 5. Çarpım detektörünün taşıyıcı girişine(I/P1) 2. adımda kullanılan
taşıyıcı işareti bağlayın. SSB modülatörünün modülasyon çıkışını
çarpım detektörünün SSB girişine(I/P2) bağlayın.
□ 6. Osiloskop
kullanarak
demodüle
edilmiş
çıkış
işaretini(O/P)
gözlemleyin ve minimum distorsiyon elde etmek için çarpım
detektörünün
VR1
değerini
ayarlayın.
Sonuçları
Tablo
6-5’e
kaydedin.
□ 7. SSB modülatörünün seramik filtresini bypass etmek için J1’den
bağlantı konnektörünü kaldırın ve J2’ye bağlayın. Taşıyıcı işaretini
700mVp-p, 457kHz sinüs işareti ve ses işaretini de 700mVp-p, 2kHz
sinüs işareti olarak değiştirin. Çıkışta DSB-SC modüleli işaret elde
etmek için VR1’i dikkatlice ayarlayın.
6-5
□ 8.
6. adımı tekrarlayın. Sonuçları Tablo 6-6’ya kaydedin.
□ 9.
R5=270Ω ve R10=330Ω olarak ayarlamak için J1’den bağlantı
konnektörünü kaldırın ve J2’ye bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve
sonuçları Tablo 6-7’ye kaydedin.
□ 10. R6=10kΩ ve R11=30kΩ olarak ayarlamak için J3’den bağlantı
konnektörünü kaldırın ve J4’e bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve
sonuçları Tablo 6-8’e kaydedin.
Tablo 6-1
(R5 =270Ω, R6 =10 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mVp-p, fc =500kHz, fm =
1kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
6-6
Tablo 6-2
(R5 =270Ω, R6 =10 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mVp-p, fc =500kHz, fm = 3kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
Tablo 6-3
(R5 =330Ω, R6 =10 kΩ, Vc =500 mV, Vm =500 mV, fc =500kHz, fm = 1kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
6-7
Tablo 6-4
(R5 =330Ω, R6 =30 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mVp-p, fc =500kHz, fm = 1kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
Tablo 6-5
(R5 =270Ω, R6 =10 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mVp-p, fc =457kHz, fm = 2kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
6-8
Tablo 6-6
(R5 =270Ω, R6 =10 kΩ, Vc =700 mVp-p, Vm =700 mVp-p, fc =457kHz, fm = 2kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
Tablo 6-7
(R5 =330Ω, R6 =10 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mV, fc =457kHz, fm = 2kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
6-9
Tablo 6-8
(R5 =330Ω, R6 =30 kΩ, Vc =500 mVp-p, Vm =500 mVp-p, fc =457kHz, fm = 2kHz)
Giriş
Dalga Şekli
Çıkış
Dalga Şekli
6.5 SORULAR
1. Fig. 6-2’deki R5 değeri çıkış genliğini nasıl etkiler?
2. Fig. 6-2’deki R6 değeri çıkış genliğini nasıl etkiler?
3. VR1 yada VR2’nin görevi nedir?
4. Eğer modülasyon frekansı artarsa, distorsiyonsuz bir demodülasyon
işareti için hangi malzemeler modifiye edilmelidir.
5. DSB-SC yada SSB demodülasyonunda tepe detektörü(peak detector)
kullanılabilir mi?
6-10